JP6720685B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド車両に関する。

エンジン及びモータを走行用動力源として搭載したハイブリッド電気自動車が開発され、普及してきている。このようなハイブリッド電気自動車の中には、運転者によって設定された目標車速を中心とした上限速度と下限速度との間に車速を保つオートクルーズ制御が搭載されたものも存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０７３３４７号公報

近年の環境問題に対する関心の高まりに応えるため、ハイブリッド車両のオートクルーズ制御においても一層の燃費向上が求められている。一方、燃費向上を求める余りハイブリッド車両の加減速における応答が悪くなると、ハイブリッド車両の運転者の運転感覚に悪影響を与えかねない。特に、長距離及び長時間の運転が想定されるトラック等の場合には、運転感覚がよいことも重要な要素である。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド車両のオートクルージングにおける燃費向上と加減速の応答速度とを両立させる技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、ハイブリッド車両である。このハイブリッド車両は、エンジンと、前記エンジンの動力伝達を制御するクラッチと、前記クラッチを介して前記エンジンと接続されたトランスミッションと、前記トランスミッションを介して前記エンジンの動力を駆動輪に伝達するプロペラシャフトと、前記プロペラシャフトと減速機構を介して接続されたモータジェネレータと、前記ハイブリッド車両がオートクルーズで走行している場合において車両速度が設定値を下回ったとき、（１）前記クラッチを切断し、（２）前記エンジンに供給する燃料噴射量を所定値以下とし、かつ（３）前記モータジェネレータを力行させる制御を実行する制御装置と、を備える。

前記モータジェネレータの駆動電力源であり、かつ前記モータジェネレータが発電した電力を蓄電するバッテリをさらに備えてもよく、前記制御装置は、前記バッテリの充電状態（State Of Charge；以下「ＳＯＣ」と記載する。）が所定の閾値未満のときは、前記ハイブリッド車両がオートクルーズで走行している場合において車両速度が設定値を下回ったときであっても、（１）前記クラッチを接続し、（２）前記ハイブリッド車両の車速が設定値となるように前記エンジンに供給する燃料噴射量を制御し、かつ（３）前記モータジェネレータを回生させる制御を実行してもよい。

前記制御装置は、前記ハイブリッド車両に排気ブレーキの要求がなされた場合は、前記ハイブリッド車両がオートクルーズで走行している場合において車両速度が設定値を下回っていても、前記クラッチを接続する制御を実行してもよい。

本発明によれば、ハイブリッド車両のオートクルージングにおける燃費向上と加減速の応答速度とを両立させる技術を提供できる。

実施の形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。 実施の形態に係るトランスミッションの内部構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係るトランスミッションの動作を説明するための図である。 実施の形態に係るＨＥＶが取り得る走行モードの分類を示す図である。 実施の形態に係るハイブリッド車両の機能構成を模式的に示す図である。

＜実施の形態の概要＞
実施の形態の概要を述べる。本発明の実施の形態は、駆動力としてディーゼルエンジンとモータジェネレータとを備えるハイブリッド車両（Hybrid Electric Vehicle；以下、「ＨＥＶ」と記載する。）であって、特にオートクルーズモードを搭載するＨＥＶに関する。
ここで、「オートクルーズモード」とは、運転者がアクセルやシフトレバーを操作しなくても、運転者によって設定されたＨＥＶの車速を維持するように、ディーゼルエンジン、モータジェネレータ、及びトランスミッション等が自動で制御されるモードをいう。オートクルーズモードは、ＨＥＶが高速道路を走行する際に使用されることが主に想定されている。

詳細は後述するが、ＨＥＶのオートクルーズモードには、駆動力としてディーゼルエンジンのみを使用する「エンジン走行モード」、モータジェネレータのみを使用する「モータ走行モード」、ディーゼルエンジンとモータジェネレータとを併用する「アシスト走行モード」、及びディーゼルエンジンとモータジェネレータとの両方とも使用せず、慣性力で走行する「惰性走行モード」の４つの走行モードが存在する。本発明の実施は、主にオートクルーズモードにおいてある走行モードが別の走行モードに遷移する際に、ディーゼルエンジン、モータジェネレータ、及びトランスミッションに対してなされる制御に関する。

以下では、まず本発明の実施の形態の前提となるＨＥＶの概要を説明し、次いでＨＥＶが搭載しているトランスミッションについて説明する。その後、ＨＥＶのディーゼルエンジン、モータジェネレータ、及びトランスミッションの制御を担う制御装置について説明し、最後にＨＥＶが備える走行モードの遷移について説明する。

＜ハイブリッド車両の概要＞
まず、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の概要について説明する。
図１は、実施の形態に係るＨＥＶ１００の構成を示す図である。図１に示すＨＥＶ１００は、例えばバスやトラックなどの大型車両である。ＨＥＶ１００は、ディーゼルエンジン１０とモータジェネレータ３３とを有するハイブリッドシステムを備える。ディーゼルエンジン１０とモータジェネレータ３３とは、ＨＥＶ１００の運転状態に応じて、制御装置８０によって複合的に制御される。

ＨＥＶ１００はまた、運転者によってオートクルーズ作動スイッチ８１１が投入された場合、制御装置８０による制御の下オートクルーズモードを実行するように構成されている。
ここでシフトレバー８１は、ＨＥＶ１００の運転手がトランスミッション２０のギアを手動で選択するか、あるいは制御装置８０にトランスミッション２０のギアの選択を自動制御させるかを切り替えるためのレバーである。シフトレバー８１は、ＨＥＶ１００の運転手がトランスミッション２０を手動でギアシフトする際にも用いられる。

ディーゼルエンジン１０は、エンジン本体１１に形成された複数個（図１に示す例では６個）の気筒１２内で燃料を燃焼させて発生させた熱エネルギーにより、クランクシャフト１３を回転駆動させる。クランクシャフト１３の回転動力は、クラッチ１５を通じてトランスミッション２０に伝達される。クラッチ１５は、例えば図示しない流体継手及び湿式多板や、乾式クラッチ等を用いて実現される。

例えば運転手がクラッチペダルを踏み込むことによって、図示しないクラッチ板がフライホイールから離れ、ディーゼルエンジン１０の回転動力はトランスミッション２０に伝達しなくなる。この意味で、クラッチ１５はディーゼルエンジン１０の動力伝達を制御する部材である。以下本明細書において、クラッチ１５がディーゼルエンジン１０の回転動力をトランスミッション２０に伝達している状態を「クラッチの接続状態」、そうでない状態を「クラッチの切断状態」等と記載することがある。

トランスミッション２０は、クラッチ１５を介してディーゼルエンジン１０と接続される。トランスミッション２０は、ＨＥＶ１００の運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて、制御装置８０が、事前に設定された目標変速段に自動で変速するＡＭＴ（Automated Manual Transmission）が採用されている。

トランスミッション２０は、クラッチ１５を介して伝達されるディーゼルエンジン１０の回転駆動を減速させるための複数段に変速可能な主変速機構２１と、主変速機構２１の変速比を調整するための副変速機構２２とを含む。副変速機構２２はさらに、ディーゼルエンジン１０からクラッチ１５を介して伝達された回転動力を低速段と高速段の２段に変速して主変速機構２１に伝達可能な第１副変速機構２２ａと、主変速機構２１から伝達された回転動力を低速段と高速段の２段に変速可能な第２副変速機構２２ｂとから構成される。なお、第１副変速機構２２ａは「スプリッタ」、第２副変速機構２２ｂは「レンジ」と呼ばれることもある。トランスミッション２０の詳細は後述する。

プロペラシャフト２５は、トランスミッション２０を介してディーゼルエンジン１０の回転動力を駆動輪２７に伝達する。より具体的には、トランスミッション２０で変速された回転動力は、まずアウトプットシャフト２３に連結するプロペラシャフト２５を通じてデファレンシャル２６に伝達される。デファレンシャル２６は、ダブルタイヤからなる一対の駆動輪２７にそれぞれ駆動力を分配する。

モータジェネレータ３３は、トランスミッション２０を挟んでディーゼルエンジン１０の反対側に配置される。モータジェネレータ３３は、プロペラシャフト２５と減速機構３０を介して接続されている。モータジェネレータ３３はまた、インバータ３４を通じてバッテリ３５に電気的に接続されている。バッテリ３５は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の既知の二次電池である。バッテリ３５は、モータジェネレータ３３の駆動電力源であり、かつモータジェネレータ３３が発電した電力を蓄電する蓄電部としても機能する。

プロペラシャフト２５とモータジェネレータ３３の回転軸３２とは、減速機構３０を介して接続されている。減速機構３０は、モータジェネレータ３３の回転軸３２を入力軸とし、かつプロペラシャフト２５を出力軸としている。つまり、減速機構３０においては、モータジェネレータ３３の回転数Ｎｍに対するプロペラシャフト２５の回転数Ｎｐの割合である減速比（Ｎｍ／Ｎｐ）が１．０より大となる。なお、この減速比は、固定又は可変のいずれに設定されていてもよい。

なお、減速機構３０が備えるギアのうち回転軸３２に接続しているギアは、図示しないスリーブによって固定及び解除が可能であってもよく、このスリーブの動作は制御装置８０が図示しないアクチュエータを動作させることで制御されてもよい。スリーブによってギアの固定が解除されると減速機構３０はニュートラル状態となり、プロペラシャフト２５と回転軸３２との間の動力伝達が停止する。

ＨＥＶ１００に減速機構３０を設けることで、ＨＥＶ１００の高速走行中の慣性走行時において、トランスミッション２０のギア段にかかわらず、モータジェネレータ３３の回生制動トルクを減速機構３０により大きくすることができる。これにより、回生効率を向上することができる。また、バッテリ３５のＳＯＣが所定の閾値（例えば９０％）を上回る場合は減速機構３０をニュートラルにすることにより、バッテリ３５が過充電となることを抑制できる。

なお、実施の形態に係るＨＥＶ１００は、減速機構３０を介してモータジェネレータ３３の動力をプロペラシャフト２５に伝達する。このため、パワートレインコンポーネントのレイアウトの変更が小さくて済み、既存の車両からの転用が従来よりも容易となる。

コンビネーションスイッチ９５は、運転手がＨＥＶ１００の制動を制御するために操作するスイッチである。ＨＥＶ１００の制動手段は、エンジンブレーキ、回生ブレーキ、サイドブレーキ、フットブレーキ、排気ブレーキ、圧縮解放ブレーキ、及びリターダ２８が挙げられる。コンビネーションスイッチ９５は、このうち補助ブレーキである排気ブレーキ、圧縮解放ブレーキ、及びリターダ２８の使用を運転者が制御するために用いられる。

図示はしないが、コンビネーションスイッチは０から３までの４つの段階が設定可能である。運転手がコンビネーションスイッチ９５を０に設定すると、ＨＥＶ１００の排気ブレーキ、圧縮解放ブレーキ、及びリターダ２８は作動しない。運転手がコンビネーションスイッチ９５を１に設定するとＨＥＶ１００の排気ブレーキが作動し、コンビネーションスイッチ９５を２に設定するとＨＥＶ１００の排気ブレーキと圧縮解放ブレーキとが作動する。同様に、運転手がコンビネーションスイッチ９５を３に設定すると、ＨＥＶ１００の排気ブレーキ、圧縮解放ブレーキ、及びリターダ２８が作動する。

なお、運転手がコンビネーションスイッチ９５を１から３のいずれかに設定すると、排気経路７３に設けられたバルブ７６が排気経路を閉塞する。これによりディーゼルエンジン１０のフリクションが大きくなり、排気ブレーキが作動する。また運転手がコンビネーションスイッチ９５を３に設定すると、トランスミッション２０に固定された固定子とアウトプットシャフト２３と共に回転するロータとの間に電磁力による抵抗が生じ、プロペラシャフト２５の回転を抑制するリターダ２８が作動する。

＜トランスミッション＞
続いてトランスミッション２０について説明する。
図２は、実施の形態に係るトランスミッション２０の内部構成を模式的に示す図である。ディーゼルエンジン１０の回転駆動は、クラッチ１５を介してインプットシャフト２９ａに伝えられる。カウンターシャフト２９ｂはインプットシャフト２９ａと並行に配置され、第１副変速機構２２ａを介してインプットシャフト２９ａから回転駆動が伝達される。カウンターシャフト２９ｂの回転駆動は、主変速機構２１に伝達される。すなわち、第１副変速機構２２ａは、クラッチ１５を介して伝達されたディーゼルエンジン１０の回転駆動を主変速機構２１に伝える駆動伝達経路上に設けられている。

第１副変速機構２２ａはスプリッタとも呼ばれ、主変速機構２１の変速比を調整するためにローギア２２１及びハイギア２２２の２つのギアと、第１スリーブ２２３とを含む。ローギア２２１は、インプットシャフト２９ａに配置された第１ローギア２２１ａと、カウンターシャフト２９ｂに固定された第２ローギア２２１ｂとを含む。同様に、ハイギア２２２は、インプットシャフト２９ａに配置された第１ハイギア２２２ａと、カウンターシャフト２９ｂに固定された第２ハイギア２２２ｂとを含む。

第１スリーブ２２３は、制御装置８０が制御する第１アクチュエータ２０１ａによってインプットシャフト２９ａ上を摺動する。第１スリーブ２２３が第１ローギア２２１ａと連結すると、インプットシャフト２９ａの回転駆動はローギア２２１を介してカウンターシャフト２９ｂに伝達される。同様に、第１スリーブ２２３が第１ハイギア２２２ａと連結すると、インプットシャフト２９ａの回転駆動はハイギア２２２を介してカウンターシャフト２９ｂに伝達される。

なお、図２は、第１スリーブ２２３が第１ローギア２２１ａと第１ハイギア２２２ａとのいずれのギアとも連結していない状態を示している。この場合、インプットシャフト２９ａは第１ローギア２２１ａと第１ハイギア２２２ａとのいずれのギアに対しても空転する。このため、インプットシャフト２９ａの回転駆動はカウンターシャフト２９ｂに伝達されない。以下本明細書において、第１スリーブ２２３が第１ローギア２２１ａと第１ハイギア２２２ａとのいずれのギアとも連結していない状態を、「副変速機構２２のニュートラル状態」又は「スプリッタのニュートラル状態」等と記載することがある。

スプリッタがニュートラル状態の場合、ディーゼルエンジン１０とカウンターシャフト２９ｂとの間の動力伝達経路が遮断される。この状態は、ディーゼルエンジン１０の回転動力がカウンターシャフト２９ｂに伝達されないという意味において、クラッチ１５が切断された状態に相当する効果がある。したがって、以下本明細書において、「スプリッタのニュートラル状態」を「クラッチ１５の切断相当状態」等と記載することもある。

一般に、クラッチ１５の切断状態と接続状態との遷移を繰り返すと、クラッチ１５を構成するクラッチレリーズベアリング等の部品が摩耗する。したがって、クラッチ１５の切断状態をスプリッタのニュートラル状態で代替することにより、クラッチ１５の消耗を抑制することができる。
特にＨＥＶ１００がオートクルーズモードで走行しているときは、ディーゼルエンジン１０を停止又はアイドリング状態とし、モータジェネレータ３３を力行させる状態もしばしば発生する。この様な場合、ディーゼルエンジン１０によるフリクションロスを低減するためにクラッチ１５を切断状態とするのが一般的である。これをスプリッタのニュートラル状態で代替することにより、モータジェネレータ３３の力行時におけるクラッチ１５の摩耗を低減できる。

主変速機構２１は、一速ギア２１１、二速ギア２１２、三速ギア２１３、第２スリーブ２１４、及び第３スリーブ２１５を含む。一速ギア２１１は、アウトプットシャフト２３に配置された第１一速ギア２１１ａとカウンターシャフト２９ｂに固定された第２一速ギア２１１ｂとを含む。同様に、二速ギア２１２は、アウトプットシャフト２３に配置された第１二速ギア２１２ａとカウンターシャフト２９ｂに固定された第２二速ギア２１２ｂとを含み、三速ギア２１３は、アウトプットシャフト２３に配置された第１三速ギア２１３ａとカウンターシャフト２９ｂに固定された第２三速ギア２１３ｂとを含む。

第２スリーブ２１４及び第３スリーブ２１５は、それぞれ制御装置８０によって動作が制御される第２アクチュエータ２０１ｂにより、アウトプットシャフト２３上を摺動する。第２スリーブ２１４は、第１一速ギア２１１ａ又は第１二速ギア２１２ａのいずれか一方と連結することができる。また第３スリーブ２１５は、第１三速ギア２１３ａと連結するか、あるいは、インプットシャフト２９ａとアウトプットシャフト２３とを直結することができる。

第２スリーブ２１４が第１一速ギア２１１ａ又は第１二速ギア２１２ａのいずれかと連結しているときは、第３スリーブ２１５は第１三速ギア２１３ａと連結することはできず、またインプットシャフト２９ａとアウトプットシャフト２３とを直結することもできない。その逆も同様であり、第３スリーブ２１５が第１三速ギア２１３ａと連結するか、又はインプットシャフト２９ａとアウトプットシャフト２３とを直結しているときは、第２スリーブ２１４は第１一速ギア２１１ａ及び第１二速ギア２１２ａとのいずれとも連結することができない。

第２スリーブ２１４又は第３スリーブ２１５が第１一速ギア２１１ａ、第１二速ギア２１２ａ、又は第１三速ギア２１３ａのいずれかと連結しているとき、カウンターシャフト２９ｂの回転動力はそれぞれの変速比に応じて減速され、アウトプットシャフト２３に伝達される。第３スリーブ２１５がインプットシャフト２９ａとアウトプットシャフト２３とを直結すると、インプットシャフト２９ａの回転動力は直接アウトプットシャフト２３に伝達される。

第２副変速機構２２ｂはレンジとも呼ばれ、アウトプットシャフト２３の回転駆動をプロペラシャフト２５に伝える駆動伝達経路上に設けられている。第２副変速機構２２ｂは既知の遊星歯車機構２２４であり、減速比を低速又は高速の２段階に切り替えることができる。なお、第２副変速機構２２ｂにおける低速段及び高速段の切り替えは、制御装置８０の制御の下で駆動する第３アクチュエータ２０１ｃによって実現される。

図３（ａ）−（ｒ）は、実施の形態に係るトランスミッション２０の動作を説明するための図である。図３（ａ）−（ｒ）においては、煩雑となることを避けるため、同じ部材を示す符号は１箇所にのみ付している。また図３（ａ）−（ｒ）において、太線は動力伝達経路を示している。特に、太線で示すギアは、ディーゼルエンジン１０の回転駆動によって回転している状態を示している。

図３（ａ）から図３（ｐ）は、それぞれトランスミッション２０が１速から１６速に入っている状態を示している。例えば図３（ａ）は、第１副変速機構２２ａがローギア２２１、主変速機構２１が一速ギア２１１、及び第２副変速機構２２ｂが低速段の状態を図示しており、この状態がトランスミッション２０の１速である。また図３（ｂ）は第１副変速機構２２ａがハイギア２２２である以外は図３（ａ）と同じであり、この状態がトランスミッション２０の１速である。

図３（ｇ）はインプットシャフト２９ａとアウトプットシャフト２３とが直結しており、第２副変速機構２２ｂが低速段の状態を示しており、この状態がトランスミッション２０の７速である。また図３（ｈ）は、アウトプットシャフト２３の入力が第１副変速機構２２ａのローギア２２１である状態を示しており、この状態がトランスミッション２０の８速である。
図３（ｉ）−図３（ｐ）はそれぞれ第２副変速機構２２ｂが高速段である以外は図３（ａ）−（ｈ）と同じである。例えば、トランスミッション２０が１速の状態で第２副変速機構２２ｂを高速段に切り替えると、トランスミッション２０は９速となる。このようにトランスミッション２０を多段に構成することにより、ディーゼルエンジン１０におけるエンジン効率のよい回転域を維持できるため、ＨＥＶ１００の燃費向上に資する。

図３（ｑ）は、クラッチ１５が切断状態であることを示している。図３（ｑ）に示すように、クラッチ１５が切断状態である場合、ディーゼルエンジン１０の回転駆動はカウンターシャフト２９ｂに伝達されない。また図３（ｒ）は、スプリッタがニュートラル状態であること、すなわちクラッチ１５が切断相当状態であることを示している。図３（ｒ）に示すように、クラッチ１５が切断相当状態である場合も、ディーゼルエンジン１０の回転駆動はカウンターシャフト２９ｂに伝達されない。
なお、説明の便宜のため、図２及び図３では後退用のギアの図示を省略している。

＜ＨＥＶの走行モード＞
ＨＥＶ１００が取り得る走行モードＭについて説明する。
図４は、実施の形態に係るＨＥＶ１００が取り得る走行モードＭの分類を示す図である。図４に示すように、ＨＥＶ１００が取り得る走行モードＭは通常モードＮＭとオートクルーズモードＡＭとに大別される。
通常モードＮＭは、ＨＥＶ１００の運転手がアクセルペダル及びブレーキペダルを操作することにより、ＨＥＶ１００の速度を変えながら運転するモードである。通常モードＮＭは主に、ＨＥＶ１００が例えば市街地等のように発進及び停車を頻繁に繰り返しながら走行する際に用いられる。

通常モードＮＭはさらに、オートシフトモードＡＳＭとマニュアルシフトモードＭＳＭとに分別される。オートシフトモードＡＳＭでは、ＨＥＶ１００の車速、回転数センサ８６で検出されたディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅ、主変速機構２１のギア、及び副変速機構２２のギアに少なくとも基づいて予め定められたマップデータに基づいて、制御装置８０が主変速機構２１のギア及び副変速機構２２のギアを設定する走行モードである。

一方、マニュアルシフトモードＭＳＭは、ＨＥＶ１００の運転手がシフトレバー８１を操作して、トランスミッション２０を手動でギアシフトするモードである。図２に示す例では、トランスミッション２０の１速から１６速の間で切り替えることができる。なお、マニュアルシフトモードＭＳＭであっても、クラッチ１５及びアクチュエータ２０１の動作は制御装置８０によって制御される。すなわち、マニュアルシフトモードＭＳＭは、トランスミッション２０のシフトのタイミングを運転手が選択するモードとも言える。

ＨＥＶ１００の運転者がシフトレバー８１に備えられたオートクルーズ作動スイッチ８１１を投入すると、ＨＥＶ１００はオートクルーズモードＡＭとなる。オートクルーズモードＡＭは、制御装置８０がディーゼルエンジン１０、トランスミッション２０の切り替え、及びモータジェネレータ３３の動作を自動で制御するモードである。オートクルーズモードＡＭにおいては、ＨＥＶ１００は制御装置８０の制御の下、車輪速センサ８４で取得された車速Ｖを予め設定された目標速度範囲に維持してＨＥＶ１００を自動走行させる。より具体的には、オートクルーズモードＡＭはさらに、エンジン走行モードＥＤＭ、アシスト走行モードＡＤＭ、モータ走行モードＭＤＭ、及び惰性走行モードＩＤＭに分けられ、制御装置８０は各走行モードを適宜選択しながら、ＨＥＶ１００の車速Ｖを予め設定された目標速度範囲に維持する。

ここで目標速度範囲とは、目標速度ｖａを基準とした上限速度ｖｂと下限速度ｖｃとの間の範囲のことである。これら目標速度ｖａ、上限速度ｖｂ、及び下限速度ｖｃは、運転手が任意の値にそれぞれ設定でき、例えば、目標速度ｖａは７０ｋｍ／ｈ以上、９０ｋｍ／ｈ以下に設定され、上限速度ｖｂは目標速度ｖａに対して０ｋｍ／ｈ以上、＋１０ｋｍ／ｈ以下の速度に設定され、下限速度ｖｃは目標速度ｖａに対して−１０ｋｍ／ｈ以上、０ｋｍ／ｈ以下の速度に設定される。

エンジン走行モードＥＤＭは、ディーゼルエンジン１０からクラッチ１５及びトランスミッション２０を経由してプロペラシャフト２５に伝達された駆動力ＦｅでＨＥＶ１００を走行させる。エンジン走行モードＥＤＭでは減速機構３０はニュートラル状態としモータジェネレータ３３をプロペラシャフト２５から切断する。このためエンジン走行モードＥＤＭでは、ＨＥＶ１００はディーゼルエンジン１０の駆動力のみで加速し、モータジェネレータ３３の駆動力は用いられない。またエンジン走行モードＥＤＭでは、ＨＥＶ１００の減速時にもモータジェネレータ３３の回生ブレーキは作動しない。

モータ走行モードＭＤＭは、クラッチ１５を切断相当状態、すなわちスプリッタをニュートラル状態にして、モータジェネレータ３３からの駆動力ＦｍでＨＥＶ１００を走行させる。モータ走行モードＭＤＭでは、ディーゼルエンジン１０の駆動力はプロペラシャフト２５に伝達しない。その代わり、モータ走行モードＭＤＭでは、ＨＥＶ１００の加速時にはモータジェネレータ３３を力行させ、ＨＥＶ１００の減速時にはモータジェネレータ３３を回生発電させる。

アシスト走行モードＡＤＭは、ディーゼルエンジン１０からの駆動力Ｆｅ及びモータジェネレータ３３から減速機構３０を経由してプロペラシャフト２５に伝達された駆動力Ｆｍの両方でＨＥＶ１００を走行させる。アシスト走行モードＡＤＭでは、ディーゼルエンジン１０の駆動力とモータジェネレータ３３の駆動力との両方がプロペラシャフト２５に伝達される。

惰性走行モードＩＤＭは、ディーゼルエンジン１０及びモータジェネレータ３３の駆動力をプロペラシャフト２５に伝達しない状態でＨＥＶ１００を走行させる。惰性走行モードＩＤＭではクラッチ１５が切断相当であり、かつ減速機構３０がニュートラル状態となる。このため、ディーゼルエンジン１０とモータジェネレータ３３との両方がプロペラシャフト２５から切断される。

なお制御装置８０は、ＨＥＶ１００がモータ走行モードＭＤＭ又は惰性走行モードＩＤＭの場合、クラッチ１５を切断状態又は切断相当状態にすると共に燃料の噴射を停止してディーゼルエンジン１０を停止してアイドリングストップ状態を維持してもよいし、ディーゼルエンジン１０のアイドリングを維持する量だけ燃料を噴射するようにしてもよい。

ＨＥＶ１００がオートクルーズモードＡＭの場合、アクセル開度センサ９２でアクセルペダルの踏み込みが検出されるとディーゼルエンジン１０からの駆動力によりＨＥＶ１００を加速させることもできる。また、ブレーキペダル開度センサ９３でブレーキペダルの踏み込みが検出されるか、クラッチセンサ９４でクラッチペダルの踏み込みが検出されるか、あるいは、オートクルーズ作動スイッチ８１１の投入が解除されるとＨＥＶ１００のオートクルーズモードは解除される。

続いて実施の形態に係るＨＥＶ１００の機能構成について説明する。
図５は、実施の形態に係るＨＥＶ１００の機能構成を模式的に示す図である。実施の形態に係るＨＥＶ１００は、ディーゼルエンジン１０、クラッチ１５、トランスミッション２０、アクチュエータ２０１、制御装置８０、シフトレバー８１、オートクルーズ作動スイッチ８１１、車輪速センサ８４、回転数センサ８６、アクセル開度センサ９２、ブレーキペダル開度センサ９３、クラッチセンサ９４、及びコンビネーションスイッチ９５を備える。なお、図４は実施の形態に係るＨＥＶ１００を機能面から説明するための構成を示しており、その他の構成は省略している。

制御装置８０は、ディーゼルエンジン１０、クラッチ１５の切断及び接続、トランスミッション２０の切り替え、及びモータジェネレータ３３の動作を制御する。制御装置８０はまた、ＨＥＶ１００のオートクルーズにおける動作も制御する。
具体的には、制御装置８０は、回転数センサ８６で検出されたエンジン回転数Ｎｅやアクセル開度センサ９２で検出したアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、ディーゼルエンジン１０の気筒１２への燃料の噴射量や噴射タイミングを調節する。また、制御装置８０は、バッテリ３５のＳＯＣ等に応じてインバータ３４の周波数やバッテリ３５及びモータジェネレータ３３の間の電流値を調節する。制御装置８０は、ＨＥＶ１００の発進時や加速時にモータジェネレータ３３を制御して駆動力の少なくとも一部をアシストさせる。一方で、制御装置８０は、ＨＥＶ１００が慣性走行中や制動時においては、モータジェネレータ３３に回生発電させ、余剰の運動エネルギーを電力に変換してバッテリ３５に充電する。

＜走行モードの遷移＞
上述したように、ＨＥＶ１００の走行モードＭは通常モードＮＭとオートクルーズモードＡＭとの２つのモードに分かれる。また、ＨＥＶ１００がオートクルーズモードＡＭの場合、制御装置８０はエンジン走行モードＥＤＭ、アシスト走行モードＡＤＭ、モータ走行モードＭＤＭ、及び惰性走行モードＩＤＭを適宜選択する。以下では、ＨＥＶ１００の走行モードＭの遷移について説明する。

［通常モードからオートクルーズモードへの遷移］
制御装置８０は、運転手によるシフトレバー８１及びオートクルーズ作動スイッチ８１１の操作を検知する。ＨＥＶ１００の走行モードＭが通常モードＮＭの場合において運転手がオートクルーズ作動スイッチ８１１を投入すると、ＨＥＶ１００はオートクルーズモードＡＭに遷移する。この際、ＨＥＶ１００の車速が目標速度範囲に到達していない場合は、ＨＥＶ１００はディーゼルエンジン１０の駆動力とモータジェネレータ３３の駆動力との両方で駆動するアシスト走行モードＡＤＭに遷移する。

［アシスト走行モードからモータ走行モードへの遷移］
ＨＥＶ１００がアシスト走行モードＡＤＭの時、制御装置８０は、ディーゼルエンジン１０の気筒１２への燃料の噴射量、トランスミッション２０のギアを切り替えるためのアクチュエータ２０１の動作、クラッチ１５の動作、及びモータジェネレータ３３の力行を制御して、ＨＥＶ１００の車速を目標速度範囲に到達させる。このとき、ＨＥＶ１００の車速が所定の速度（例えば時速６０キロメートル）以上であれば、トランスミッション２０は最高段となっている。図２に示す例では、ＨＥＶ１００が惰性走行モードＩＤＭに遷移したとき、トランスミッション２０のギアは１６速となっている。

ＨＥＶ１００がアシスト走行モードＡＤＭ中に例えば上り坂にさしかかると、ＨＥＶ１００の車速が運転手によって設定された目標速度範囲を下回ることも起こりうる。この場合、制御装置８０は、（１）クラッチ１５を切断又は切断相当とし、（２）ディーゼルエンジン１０に供給する燃料噴射量を所定値（例えばピストンの１ストローク当たり４０ミリ立方メートル）以下とし、かつ（３）モータジェネレータ３３を力行させる制御を実行する。これにより、ＨＥＶ１００はアシスト走行モードＡＤＭからモータ走行モードＭＤＭに遷移する。限定はしないが、一例として、制御装置８０は、ＨＥＶ１００の車速が時速９０ｋｍの時は、プロペラシャフト２５換算で５０Ｎｍのトルクをモータジェネレータ３３に発生させる。

目標速度範囲を少し下回ったＨＥＶ１００の車速を目標速度範囲に回復する際には、一般に大きな駆動力を要しない。このため、この駆動力をディーゼルエンジン１０の出力で賄おうとすると、エンジン効率が低い回転域でディーゼルエンジン１０を使用することになるため、効率が悪い。したがって、このような場合にモータジェネレータ３３の駆動力を用いることにより、燃料消費量を削減することができる。また、モータジェネレータ３３はディーゼルエンジン１０と比べるとフィルタ処理等のなましが少ないため、制御装置８０の駆動要求に対して短時間で応答できる。結果として、ＨＥＶ１００の車速補正を短時間で実現できる。

ここで、ＨＥＶ１００がアシスト走行モードＡＤＭ中に例えば下り坂にさしかかると、ＨＥＶ１００の車速が運転手によって設定された目標速度範囲を上回ることも起こりうる。この場合、制御装置８０は、（１）クラッチ１５を切断又は切断相当とし、（２）ディーゼルエンジン１０に供給する燃料噴射量を所定値以下とし、かつ（３）モータジェネレータ３３を回生させる制御を実行する。これにより、ＨＥＶ１００はアシスト走行モードＡＤＭからモータ走行モードＭＤＭに遷移する。限定はしないが、一例として、制御装置８０は、ＨＥＶ１００の車速が時速９０ｋｍの時は、プロペラシャフト２５換算で１００Ｎｍのトルクでモータジェネレータ３３に回生させる。

これにより、ディーゼルエンジン１０のエンジンフリクションを使用した速度制御に対し、モータジェネレータ３３の回生を多用することが可能となり、バッテリ３５のＳＯＣを高い値に保つことができる。結果として、モータジェネレータ３３を用いるアシスト走行モードＡＤＭを多用することが可能となるため、トランスミッション２０をより高いギア段で使用する頻度が増加し、燃料消費量を削減することができる。
さらに、モータジェネレータ３３はディーゼルエンジン１０と比べるとフィルタ処理等のなましが少ないため、制御装置８０の駆動要求に対して短時間で応答できる。結果として、ＨＥＶ１００の車速補正を短時間で実現できる。

［モータ走行モードからエンジン走行モードへの遷移］
ここで、モータジェネレータ３３はバッテリ３５の電力で駆動する。このため、バッテリ３５のＳＯＣが少ない場合は、バッテリ３５が過放電となることを防ぐために、モータジェネレータ３３を力行させないことが好ましい。
そこで制御装置８０は、バッテリ３５のＳＯＣが所定の閾値（例えば、２０％）未満のときは、ＨＥＶ１００の車速が設定した目標速度範囲を下回ったときであっても、（１）クラッチ１５を接続又はスプリッタのニュートラル状態を解除し、（２）ＨＥＶ１００の目標速度範囲内となるようにディーゼルエンジン１０に供給する燃料噴射量を制御し、かつ（３）モータジェネレータ３３を回生させる制御を実行する。これにより、ＨＥＶ１００はモータ走行モードＭＤＭからエンジン走行モードＥＤＭに遷移する。

このように、制御装置８０はバッテリ３５のＳＯＣが低い場には、ディーゼルエンジン１０の出力でＨＥＶ１００を駆動させ、かつモータジェネレータ３３には回生させる。これにより、バッテリ３５が過放電となることが抑制され、バッテリ３５の寿命を伸ばすことができる。また、モータジェネレータ３３は回生するため、バッテリ３５のＳＯＣを増加することもできる。

また、バッテリ３５はモータジェネレータ３３の回生によって充電される。このため、バッテリ３５のＳＯＣが多い場合は、バッテリ３５が過充電となることを防ぐために、モータジェネレータ３３を回生させない方が好ましい。
そこで制御装置８０は、バッテリ３５のＳＯＣが所定の閾値（例えば９０％）以上のときは、ＨＥＶ１００の車速が目標速度範囲を上回ったときであっても、クラッチ１５を接続又はスプリッタのニュートラル状態を解除する制御を実行する。制御装置８０はさらに、減速機構３０をニュートラルとしてもよい。これにより、モータジェネレータ３３の回生による発電量が減少し、バッテリ３５が過充電となることを抑制できる。結果として、バッテリ３５の寿命を伸ばすことができる。

なお、制御装置８０は、ＨＥＶ１００に排気ブレーキの要求がなされた場合は、すなわちコンビネーションスイッチ９５が１から３のいずれかに設定された場合には、ＨＥＶ１００がオートクルーズで走行している場合において車両速度が目標速度範囲を下回っていても、クラッチ１５を接続、又はスプリッタのニュートラル状態を解除する制御を実行する。これにより、ＨＥＶ１００に排気ブレーキが働き、ＨＥＶ１００を減速することができる。

［モータ走行モードからアシスト走行モードへの遷移］
ＨＥＶ１００がモータ走行モードＭＤＭの時は、運転手が意図的にクラッチ１５を切断する場合を除くと、クラッチ切断相当の状態となる。すなわち、クラッチ１５は接続状態を維持し、スプリッタがニュートラル状態となっている。この場合に、例えばＨＥＶ１００が下り坂にさしかかると、制御装置８０は、モータジェネレータ３３に回生させ、回生ブレーキによってＨＥＶ１００を減速させる。

このような状況、すなわち（１）クラッチ１５が接続状態、（２）スプリッタがニュートラル状態、かつ（３）モータジェネレータ３３が回生状態の場合において、運転手から排気ブレーキの作動要求があると、制御装置８０はスプリッタのニュートラル状態を解除する。この結果、ＨＥＶ１００はモータ走行モードＭＤＭからアシスト走行モードＡＤＭに遷移する。これにより、ディーゼルエンジン１０とプロペラシャフト２５とが接続するので、ディーゼルエンジン１０のフリクションを利用した排気ブレーキを作動させることができるようになる。

ここで制御装置８０がスプリッタのニュートラル状態を解除するためには、第１副変速機構２２ａをローギア２２１に入れるか、あるいはハイギア２２２に入れるかの２通りの選択がある。制御装置８０は、ディーゼルエンジン１０の回転数が所定の回転数以下となることを条件として第１副変速機構２２ａをローギア２２１に切り替える制御を実行する。なお「所定の回転数」とは、ディーゼルエンジン１０に予め設定された回転数の許容限界値であり、いわゆる「レブリミット」である。所定の回転数の具体的な値は、ディーゼルエンジン１０の性能等を考慮して製造者が定めればよい。制御装置８０は、ＨＥＶ１００の車速、主変速機構２１のギアに基づいて、予め定められたマップデータを参照することにより、第１副変速機構２２ａをローギア２２１に設定したときディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅがレブリミットを下回るか否かを判定する。

第１副変速機構２２ａがローギア２２１に設定される方が、ハイギア２２２に設定される場合よりも、ディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅが上昇する。このため、ＨＥＶ１００の制動トルクが大きくなり、ＨＥＶ１００に大きな制動力が働く。ゆえに、ＨＥＶ１００のオートクルーズ作動時における速度超過を抑制することができ、より安全に走行することができる。加えて、ディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅが上昇することで、排気ブレーキや圧縮開放ブレーキの制動トルクも大きくなり、制動力が大きくなる。このため、ＨＥＶ１００のオートクルーズ作動時の速度超過を抑制することができ、より安全に走行することが可能となる。

第１副変速機構２２ａをローギア２２１にすることにより、ディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅがレブリミットを上回ると判定した場合は、第１副変速機構２２ａをハイギア２２２に切り替える制御を実行する。これにより、ディーゼルエンジン１０のエンジン回転数Ｎｅがレブリミットを超えることが抑制でき、ディーゼルエンジン１０に悪影響を与えることを抑制できる。

［惰性走行モードへの遷移］
なお、ＨＥＶ１００がエンジン走行モードＥＤＭ、アシスト走行モードＡＤＭ、又はモータ走行モードＭＤＭの場合において、バッテリ３５のＳＯＣが所定の範囲（例えば３０％以上８０％以下）かつ、ＨＥＶ１００の車速が目標速度範囲内に一定時間とどまると、ＨＥＶ１００の走行モードＭは惰性走行モードＩＤＭに遷移する。これにより燃料消費量及びバッテリ３５の使用量を削減できる。

［オートクルーズモードから通常モードへの遷移］
続いて、ＨＥＶ１００がオートクルーズモードＡＭから通常モードＮＭへの遷移について説明する。
ＨＥＶ１００がオートクルーズモードＡＭのひとつであるモータ走行モードＭＤＭ中に、ＨＥＶ１００が例えば緩やかな下り坂を走行しているときを考える。このときＨＥＶ１００は、（１）クラッチ１５が接続状態、（２）スプリッタがニュートラル状態、かつ（３）モータジェネレータ３３が回生状態の場合である。このとき、運転手は排気ブレーキを使うほどではないが、ディーゼルエンジン１０のエンジンブレーキを使用することを望む場合もあると考えられる。

この様な場合、ＨＥＶ１００の運転手は、シフトレバー８１を操作してトランスミッション２０をシフトダウンすることを要求する。制御装置８０は、運転手によるトランスミッション２０のシフトダウン要求を契機として、スプリッタのニュートラル状態を解除する。より具体的には、制御装置８０は、第１アクチュエータ２０１ａを駆動して第１スリーブ２２３でハイギア２２２又はローギア２２１を固定することにより、スプリッタのニュートラル状態を解除する。同時に制御装置８０は、ＨＥＶ１００の運転状態とマップデータとに基づいて定められるギアとなるように、主変速機構２１のギアに変速する。この結果、ＨＥＶ１００はモータ走行モードＭＤＭからマニュアルシフトモードＭＳＭに遷移する。

これにより、ＨＥＶ１００の制動力が増加して運転者の要求に近い車両挙動を得ることができる。特にＨＥＶ１００が下り勾配でカーブを曲がる前に要求される制動力に近い制動力が得られるため、よりＨＥＶ１００の安全性能が向上する。さらに、ＨＥＶ１００が平地のカーブを曲がった後に再加速する際にクラッチ１５が接続状態となっているため、ＨＥＶ１００の再加速が迅速となる。結果として運転者に与えるドライビングフィールを向上することができる。

なお、上記の遷移はＨＥＶ１００の運転手がブレーキペダルを踏まない場合を前提としている。ＨＥＶ１００の運転手がブレーキペダルを踏んだ場合、ＨＥＶ１００のオートクルーズモードＡＭは解除され、通常モードＮＭであるオートシフトモードＡＳＭに遷移する。

［マニュアルシフトモードからオートシフトモードへの遷移］
ＨＥＶ１００がマニュアルシフトモードＭＳＭで加速していないときは、（１）クラッチ１５は接続状態、（２）第１副変速機構２２ａは非ニュートラル状態、かつ（３）モータジェネレータ３３は回生状態となっている。この様な場合に運転者がシフトレバー８１をドライブレンジ（不図示）に設定すると、制御装置８０はトランスミッション２０のギアの選択を自動制御するオートシフトモードＡＳＭに遷移する。ＨＥＶ１００がオートシフトモードＡＳＭの場合は、運転手が手動でトランスミッション２０のギアを選択することはない。

そこで制御装置８０は、ＨＥＶ１００が加速していない状態でマニュアルシフトモードＭＳＭからオートシフトモードＡＳＭに遷移することを契機として、クラッチ断回生相当の動作、すなわち第１副変速機構２２ａをニュートラル状態とする。これにより、モータジェネレータ３３の制動回生で得られるエネルギーを増大させることができる。

なお、上記の遷移はＨＥＶ１００の運転手がブレーキペダルを踏まない場合を前提としている。ＨＥＶ１００の運転手がブレーキペダルを踏んだ場合、ＨＥＶ１００のマニュアルシフトモードＭＳＭは維持される。

以上説明したように、実施の形態に係るハイブリッド車両によれば、ハイブリッド車両のオートクルージングにおける燃費向上と加減速の応答速度とを両立させることができる。また、ハイブリッド車両のオートクルージングにおける安全性を向上させることができる。

また、制御装置８０が、ＨＥＶ１００のオートクルーズ中にディーゼルエンジン１０を停止又はアイドリング状態とすることで、排気バルブ７０からの排気ガス７１の排出を削減できる。このため、排気経路７３に配置されて、排気バルブ７０からエグゾーストマニホールド７２を経由してタービン７４を駆動した排気ガス７１を浄化する排気ガス浄化装置７５の浄化能力の低下を抑制できる。

排気ガス浄化装置７５の浄化能力が低下した場合に、ＨＥＶ１００の駆動力に寄与しない燃料を噴射して排気ガス７１の温度を上昇させて排気ガス浄化装置７５の浄化能力を回復して再生する必要がある。排気バルブ７０からの排気ガス７１の排出が削減されると排気ガス浄化装置７５の浄化能力を回復する機会も低減するので、その再生に必要な燃料消費も削減できる。この排気ガス浄化装置７５としては、例えば、排気ガス７１中の粒子状物質を捕集する捕集装置であり、ＨＥＶ１００がモータ走行及び惰性走行中は、捕集装置への粒子状物質の堆積が抑制されるので、捕集装置の再生に必要な燃費を抑制できる。

加えて、惰性走行中にクラッチ１５を切断状態又は切断相当状態にすると共に燃料の噴射を停止してディーゼルエンジン１０を停止する構成とすることで、プロペラシャフト２５の回転動力がディーゼルエンジン１０の回転抗力により減少することも回避できるので、モータ走行中及び惰性走行中のエネルギーの損失を低減してより燃費を向上できる。

また制御装置８０は、モータ走行中にクラッチ１５を切断状態又は切断相当状態にすると共に燃料の噴射量を制御してディーゼルエンジン１０を停止又はアイドリング状態としてもよい。これによりモータ走行中の燃料消費量を削減でき、かつ排気ガス浄化装置７５の浄化能力の低下を抑制できるので、より燃費を向上することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・・ディーゼルエンジン
１５・・・クラッチ
２０・・・トランスミッション
２１・・・主変速機構
２２・・・副変速機構
２５・・・プロペラシャフト
２８・・・リターダ
３０・・・減速機構
３３・・・モータジェネレータ
３５・・・バッテリ
８０・・・制御装置
８１・・・シフトレバー
９５・・・コンビネーションスイッチ
１００・・・ハイブリッド車両
２０１・・・アクチュエータ
２１４・・・第２スリーブ
２１５・・・第３スリーブ
２２１・・・ローギア
２２２・・・ハイギア
２２３・・・第１スリーブ
８１１・・・オートクルーズ作動スイッチ

Claims (3)

1. ハイブリッド車両であって、
   エンジンと、
   前記エンジンの動力伝達を制御するクラッチと、
   前記クラッチを介して前記エンジンと接続されたトランスミッションであって、主変速機構と、前記エンジンの回転駆動を前記主変速機構に伝える駆動伝達経路上に設けられ当該駆動伝達経路を遮断するニュートラル状態に遷移可能な副変速機構とを含むトランスミッションと、
   前記トランスミッションを介して前記エンジンの動力を駆動輪に伝達するプロペラシャフトと、
   前記プロペラシャフトと減速機構を介して接続されたモータジェネレータと、
   前記ハイブリッド車両が前記エンジンからの駆動力と前記モータジェネレータからの駆動力との両方を用いるオートクルーズで走行している場合において車両速度が設定値を下回ったとき、（１）前記トランスミッションが備える副変速機構をニュートラル状態に遷移させ、（２）前記エンジンに供給する燃料噴射量を所定値以下とし、かつ（３）前記モータジェネレータを力行させる制御を実行する制御装置と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記モータジェネレータの駆動電力源であり、かつ前記モータジェネレータが発電した電力を蓄電するバッテリをさらに備え、
   前記制御装置は、前記バッテリのＳＯＣ（State Of Charge）が所定の閾値未満のときは、前記ハイブリッド車両がオートクルーズで走行している場合において車両速度が設定値を下回ったときであっても、（１）前記副変速機構のニュートラル状態を解除し、（２）前記ハイブリッド車両の車速が設定値となるように前記エンジンに供給する燃料噴射量を制御し、かつ（３）前記モータジェネレータを回生させる制御を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、前記ハイブリッド車両に排気ブレーキの要求がなされた場合は、前記ハイブリッド車両がオートクルーズで走行している場合において車両速度が設定値を下回っていても、前記副変速機構のニュートラル状態を解除することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。
   

Images